El reto de los gemelos digitales en tierra de cultivo

F. Javier Zarazaga-Soria, Universidad de Zaragoza; Francisco J. Lopez-Pellicer, Universidad de Zaragoza; Javier Lacasta Miguel, Universidad de Zaragoza y Miguel Ángel Latre Abadía, Universidad de Zaragoza

Un gemelo digital es una representación virtual de un objeto, servicio o proceso físico. Los gemelos digitales se utilizan para realizar simulaciones antes de crear o modificar el objeto real. Así es posible predecir su comportamiento, evitando daños y situaciones que puedan comprometer el activo real. Ya hay gemelos digitales de máquinas, herramientas, factorías o infraestructuras. Trabajando sobre ellos es posible hacer optimizaciones, simular escenarios, predecir problemas, efectuar mantenimientos predictivos, etc.

Pero generar un gemelo digital de una tierra de cultivo sigue siendo hoy un reto. Los avances en las técnicas de procesamiento de grandes volúmenes de datos y los nuevos modelos de simulación por computador usando inteligencia artificial ayudan a recrear la realidad física. Pero simular una realidad basada en elementos vivos es más complejo.

La dificultad de simular una realidad basada en elementos vivos

El concepto de gemelo digital en la agricultura está poco consolidado. Esto se debe a la gran complejidad de representar digitalmente una realidad basada en “elementos” vivos (una planta o conjunto de plantas, un animal o conjunto de animales, una fruta o conjunto de frutas, una mezcla de todo lo anterior) y con unos ámbitos temporales (plantas con periodos de vida de un año frente a plantas con periodos de vida de cientos de años) y espaciales (desde una maceta o un pequeño corral, hasta conjuntos de explotaciones que pueden suponer la producción de una región o país) tan heterogéneos y complejos. En el ámbito agrario, el desarrollo de la Agricultura 4.0 y la Agricultura Autónoma genera nuevos escenarios en los que estos sistemas van a poder constituirse como elementos clave en la toma de decisiones.

El gemelo digital de un cultivo de frutos secos

En el proyecto GEDEFEC trabajamos en el desarrollo de gemelos digitales para explotaciones de fruto seco de cáscara. Los frutos secos, por su propia definición, son aquellos que carecen de jugo. Son frutos con una cáscara muy dura que presentan un porcentaje de agua inferior al 50%. Esto hace que sea posible el cultivo industrial de los mismos sin sistemas de regadío, bajo la denominación de cultivo de secano. Esta modalidad de cultivo no resulta industrialmente relevante cuando se trata de otros árboles frutales, los generalmente conocidos como frutos de hueso o de pepita.

La limitada presencia de agua hace que, por ejemplo, los problemas fitosanitarios sean diferentes, las condiciones de riego de los mismos también, así como los sistemas de fertilización y el ritmo de aplicación de los mismos. Adicionalmente, la cosecha está completamente soportada por maquinaria (que ya suele estar sensorizada), frente a cosechado principalmente manual (para poder proteger el fruto) de otros árboles frutales.

Sin límites físicos

El concepto de gemelo digital lleva asociada una realidad física individual a la que representa. Esta realidad tiene un límite físico en la industria “clásica”. En el ámbito agrario no hay un límite físico tal cual. Cuando riego en una parcela llega humedad a la de al lado, cuando aplico un tratamiento fitosanitario también llega a las plantas de las parcelas de al lado, etc. La no existencia de límites físicos que separen una realidad de otra hace que éstas interaccionen y, por extensión, también lo deberían hacer sus gemelos digitales.

Por ello, la creación de un gemelo digital de una explotación agraria de forma aislada al resto resulta muy limitada, por no decir que carece de sentido. Las iniciativas de digitalización agraria que busquen la puesta en marcha de estos sistemas deben abogar por la creación de infraestructuras y políticas que permitan compartir la información entre los mismos como única vía para que resulten realmente útiles. Estas infraestructuras pueden basarse en sistemas de información existentes que, aunque comparten elementos de los gemelos digitales, tienen otros objetivos. Los sistemas de gestión de una explotación agraria (FMIS) y los cuadernos de explotación agraria comparten con un gemelo la necesidad de gestionar datos descriptivos. Sin embargo, en muchos casos, son herramientas orientadas a la gestión de la explotación en su configuración actual y en el reporte a las administraciones públicas responsables.

Predecir comportamiento ante precipitaciones, sequías, etc.

Un gemelo digital, por el contrario, es una herramienta para el análisis de la realidad actual con orientación a una posible modificación de la misma. El gemelo digital de una explotación agraria oferta capacidades para simular posibles escenarios a corto, medio y largo plazo en función de variaciones de la realidad esperables (precipitaciones, sequías, olas de calor, etc.) y posibilidades de actuación sobre las mismas (cambio en las estrategias de regadío, modificaciones en la poda de los árboles, etc.).

Estas capacidades cobran especial relevancia en el caso de los frutos secos de cáscara. Este tipo de explotaciones se sustenta en plantas que necesitan un periodo de vida inicial sin producción y, una vez superado este umbral, generar valor durante decenas de años. Esto marca una diferencia sustancial a la hora de asumir riesgos en las decisiones frente a cultivos que únicamente tienen una o varias cosechas y que empiezan a resultar productivos el primer o el segundo año después de su plantación (cereales que son cultivos de plantación y una única cosecha, leguminosas como la alfalfa, que puede ofrecer cosecha durante 5 años, todo tipo de hortalizas, etc.). El gemelo digital se convierte en este caso en una herramienta esencial para optimizar la gestión.

F. Javier Zarazaga-Soria, Catedrático del Departamento de Informática e Investigador del I3A, Universidad de Zaragoza; Francisco J. Lopez-Pellicer, Profesor del Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas e Investigador del I3A, Universidad de Zaragoza; Javier Lacasta Miguel, Profesor Titular del Departamento de Informática e Investigador del I3A, Universidad de Zaragoza y Miguel Ángel Latre Abadía, Profesor Contratado Doctor del Departamento de Informática e Investigador del I3A, Universidad de Zaragoza

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.